Les « robots idiots » accomplissent des tâches en exploitant les caractéristiques physiques

Pour que les essaims de robots agissent collectivement, les chercheurs doivent chorégraphier leurs interactions en s’appuyant sur des algorithmes et des composants avancés. Cependant, si les robots sont simples et manquent de programmation avancée, un comportement coordonné est rarement atteint.

Dana Randall, professeur ADVANCE de l’informatique, et Daniel Goldman, professeur Dunn Family, ont dirigé une équipe de chercheurs à l’Institut de technologie de Géorgie pour résoudre ce problème. L’équipe a cherché à démontrer comment les robots simples peuvent encore accomplir des tâches qui dépassent les capacités d’un seul.

La recherche a été publiée dans la revue Science Advances le 23 avril.

Les robots idiots accomplissent des tâches complexes

Appelés « robots idiots », l’équipe a utilisé des particules granulaires mobiles, et c’est ce qu’ils ont cherché à prouver pour accomplir des tâches complexes. Les chercheurs ont rapporté qu’ils ont pu supprimer tous les capteurs, la communication, la mémoire et le calcul des robots, et qu’ils ont exploité les caractéristiques physiques des robots pour accomplir un ensemble de tâches. Selon l’équipe, cette caractéristique est appelée « incarnation de tâche ».

Les BOBbots, qui signifient « robots qui se comportent, s’organisent, bourdonnent », ont été nommés d’après Bob Behringer, un pionnier de la physique granulaire.

Les robots sont « aussi idiots que possible », déclare Randall. « Leurs châssis cylindriques ont des brosses vibrantes en dessous et des aimants lâches sur leur périphérie, ce qui les amène à passer plus de temps à des endroits avec plus de voisins. »

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Simulations informatiques

En plus de la plate-forme expérimentale, l’équipe s’est également appuyée sur des simulations informatiques précises dirigées par Shengkai Li, un étudiant en physique de l’Institut de technologie de Géorgie. Ces simulations ont aidé à étudier divers aspects du système qui n’ont pas pu être examinés en laboratoire.

Les BOBbots sont extrêmement simples, mais les chercheurs ont encore démontré que lorsque les robots se déplacent ensemble et se heurtent, « des agrégats compacts se forment qui sont capables de nettoyer collectivement des débris qui sont trop lourds pour qu’un seul les déplace », explique Goldman. « Alors que la plupart des gens construisent des robots de plus en plus complexes et coûteux pour garantir la coordination, nous voulions voir quelles tâches complexes pourraient être accomplies avec des robots très simples. »

Le travail de l’équipe a été inspiré par un modèle théorique de particules se déplaçant sur un échiquier, et pour étudier un modèle mathématique des BOBbots, une abstraction théorique appelée système de particules auto-organisées a été développée. En tirant parti de la théorie des probabilités, de la physique statistique et des algorithmes stochastiques, l’équipe a pu prouver que lorsque les interactions magnétiques augmentent, le modèle théorique subit un changement de phase. Il change rapidement d’une dispersion à une agrégation, formant des grappes compactes similaires à des systèmes comme l’eau et la glace.

Randall est également professeur d’informatique et professeur adjoint de mathématiques à l’Institut de technologie de Géorgie.

« L’analyse rigoureuse ne nous a pas seulement montré comment construire les BOBbots, mais a également révélé une robustesse inhérente à notre algorithme qui a permis à certains robots d’être défectueux ou imprévisibles », déclare Randall.